ॲपर्चर अँटेना हा अँटेनाचा एक महत्त्वाचा प्रकार असून, तो मायक्रोवेव्ह, मिलिमीटर-वेव्ह, रडार, कम्युनिकेशन आणि अँटेना मापन प्रणालींमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापरला जातो. वायर अँटेनाच्या विपरीत, जे प्रामुख्याने वाहक घटकांमधून वाहणाऱ्या प्रवाहाद्वारे विकिरण करतात, ॲपर्चर अँटेना एका उघड्या जागेतून किंवा ॲपर्चरमधून विद्युतचुंबकीय ऊर्जा उत्सर्जित करतात.
एक सामान्य उदाहरण म्हणजे ओपन-एंडेड वेव्हगाईड. जेव्हा विद्युतचुंबकीय लहरी वेव्हगाईडमधून प्रवास करून एका खुल्या टोकापर्यंत पोहोचतात, तेव्हा मार्गदर्शित ऊर्जेचा काही भाग मोकळ्या अवकाशात उत्सर्जित होतो. ॲपर्चरची भूमिती, क्षेत्राचे वितरण आणि सभोवतालची रचना नियंत्रित करून, अभियंते इम्पेडन्स मॅचिंग, डायरेक्टिव्हिटी, गेन आणि रेडिएशनची वैशिष्ट्ये आणखी सुधारू शकतात.
सामान्य ॲपर्चर-प्रकारच्या अँटेनांमध्ये यांचा समावेश होतोउघड्या टोकांचे वेव्हगाईड अँटेना,हॉर्न अँटेनाआणि स्लॉट अँटेनामूळ संदर्भ लेखातही या तीन संरचनांचा समावेश ॲपर्चर अँटेना अंतर्गत केला आहे.
१. ॲपर्चर अँटेना म्हणजे काय?
अँटेना अभियांत्रिकीमध्ये, ॲपर्चरला एक असे छिद्र मानले जाऊ शकते, ज्यामधून विद्युतचुंबकीय क्षेत्रे एका मार्गदर्शित संरचनेतून मोकळ्या जागेत जोडली जातात.
वेव्हगाईडची रचना विद्युतचुंबकीय ऊर्जेला मर्यादित ठेवण्यासाठी आणि तिला मार्गस्थ करण्यासाठी केलेली असते. जर वेव्हगाईड एका प्रवाहकीय भिंतीने बंद केला असेल, तर त्या बंद करण्याच्या स्थितीनुसार ऊर्जा मर्यादित राहते किंवा परावर्तित होते. तथापि, जेव्हा वेव्हगाईड उघडला जातो, तेव्हा छिद्राजवळील विद्युतचुंबकीय क्षेत्र मोकळ्या अवकाशात विकिरण करू शकते.
त्यामुळे छिद्र हे मार्गदर्शित विद्युतचुंबकीय मोड आणि उत्सर्जित विद्युतचुंबकीय तरंग यांच्यातील संक्रमण क्षेत्र म्हणून कार्य करते.
प्रत्यक्ष विकिरण वैशिष्ट्ये अनेक घटकांवर अवलंबून असतात, ज्यामध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
- छिद्राचे परिमाण आणि आकार
- कार्यरत तरंगलांबी
- वेव्हगाईड मोड
- विद्युत आणि चुंबकीय क्षेत्राचे वितरण
- फ्लॅंज किंवा सभोवतालची वाहक रचना
- छिद्रावर प्रतिबाधा जुळवणी
उघड्या टोकांच्या आयताकृती वेव्हगाईड्सवरील संशोधनातून असे दिसून येते की ॲपर्चर फील्ड्स आणि सभोवतालच्या फ्लॅंजच्या कडांपासून होणारे विवर्तन हे दोन्ही परिणामी उत्सर्जित क्षेत्रात योगदान देऊ शकतात.
आकृती १. ॲपर्चर रेडिएशन स्पष्ट करण्यासाठी वापरलेल्या आयताकृती वेव्हगाईड संरचनेचे उदाहरण.
२. ओपन-एंडेड वेव्हगाईडमधून विकिरण कसे होते?
जेव्हा प्रसारित होणारा वेव्हगाईड मोड एका खुल्या छिद्रापर्यंत पोहोचतो, तेव्हा विद्युतचुंबकीय सीमा अटींमध्ये अचानक बदल होतो. विद्युत क्षेत्रे आता वाहक भिंतींनी पूर्णपणे मर्यादित राहत नाहीत, ज्यामुळे विद्युतचुंबकीय ऊर्जेचा काही भाग मोकळ्या अवकाशात उत्सर्जित होऊ शकतो.
त्याच वेळी, वेव्हगाईडमधून मोकळ्या जागेत होणारे संक्रमण सामान्यतः पूर्णपणे जुळणारे नसते. त्यामुळे काही ऊर्जा वेव्हगाईडमध्ये परत परावर्तित होऊ शकते.
यामधील संबंधविकिरण आणि परावर्तनॲपर्चर अँटेना डिझाइनचा एक महत्त्वाचा भाग आहे.
एक साधा ओपन-एंडेड वेव्हगाईड अँटेना म्हणून कार्य करू शकतो, परंतु त्याची रेडिएशन एफिशियन्सी, इम्पेडन्स मॅच, गेन आणि बीम कॅरॅक्टरिस्टिक्स प्रत्येक ॲप्लिकेशनसाठी इष्टतम असतीलच असे नाही. उत्तम कामगिरी मिळवण्यासाठी अभियंते ॲपर्चरच्या भूमितीमध्ये बदल करू शकतात. याचे एक सर्वात परिचित उदाहरण म्हणजे...हॉर्न अँटेनाज्यामध्ये वेव्हगाईड हळूहळू ॲपर्चरच्या दिशेने विस्तारतो.
३. ॲपर्चर अँटेनाची ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी
सर्व ॲपर्चर अँटेनांसाठी कोणतीही एकच सार्वत्रिक ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी श्रेणी नसते.
वेव्हगाईड-आधारित ॲपर्चर अँटेनाची वापरण्यायोग्य वारंवारता श्रेणी प्रामुख्याने यावर अवलंबून असतेवेव्हगाईडचे परिमाण, वेव्हगाईडचा प्रकार, समर्थित प्रसारण पद्धती आणि कटऑफ फ्रिक्वेन्सी.
त्यामुळे वेगवेगळ्या मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह फ्रिक्वेन्सी बँडसाठी वेगवेगळ्या प्रमाणित वेव्हगाईड आकारांचा वापर केला जातो.
उच्च-फ्रिक्वेन्सी आरएफ सिस्टीममध्ये हे विशेषतः महत्त्वाचे आहे. जसजशी फ्रिक्वेन्सी वाढते आणि तरंगलांबी कमी होते, तसतसे वेव्हगाईड आणि ॲपर्चरचे आकारमानही लहान होते, ज्यामुळे मायक्रोवेव्ह, मिलिमीटर-वेव्ह आणि अगदी सब-टीएचझेड सिस्टीममध्येही ॲपर्चर अँटेनांचा प्रभावीपणे वापर करता येतो.
४. ॲपर्चर अँटेनाचा रेडिएशन पॅटर्न
ॲपर्चर अँटेनाचा रेडिएशन पॅटर्न हा ॲपर्चरचा आकार, क्षेत्राचे वितरण, ऑपरेटिंग मोड, तरंगलांबी आणि सभोवतालच्या संरचनेवर मोठ्या प्रमाणावर अवलंबून असतो.
ओपन-एंडेड वेव्हगाईड सामान्यतः तुलनेने रुंद बीम तयार करतो, परंतु त्याला आपोआप सर्वदिशात्मक अँटेना म्हणता येणार नाही. त्याची ई-प्लेन आणि एच-प्लेन रेडिएशन वैशिष्ट्ये ॲपर्चरवरील विद्युत चुंबकीय क्षेत्राच्या वितरणाद्वारे निर्धारित केली जातात.
सभोवतालचा फ्लॅंज देखील परिणामी रेडिएशन पॅटर्नवर प्रभाव टाकू शकतो, कारण त्याच्या कडांपासून विवर्तित झालेली क्षेत्रे एकूण उत्सर्जित क्षेत्रात योगदान देतात. आधुनिक विश्लेषणात्मक अभ्यास दूर-क्षेत्रातील वर्तनाची गणना करताना ॲपर्चर रेडिएशन आणि फ्लॅंज-एज विवर्तन या दोन्हींचा स्पष्टपणे विचार करतात.
प्रभावी छिद्राचा आकार वाढवल्याने सामान्यतः उच्च दिशात्मकता आणि अरुंद मुख्य किरणपुंज मिळू शकतो, आणि म्हणूनच जेव्हा उच्च लाभाची आवश्यकता असते तेव्हा हॉर्न अँटेना आणि मोठ्या छिद्राच्या संरचना सामान्यतः वापरल्या जातात.
गैर-निर्देशित रेडिएशन पॅटर्न
५. ॲपर्चर अँटेनाचे मुख्य प्रकार
ओपन-एंडेड वेव्हगाईड अँटेना
ओपन-एंडेड वेव्हगाईड हा सर्वात सोप्या ॲपर्चर रेडिएटर्सपैकी एक आहे. त्याची संक्षिप्त रचना आणि वेव्हगाईड सिस्टीमसोबतची थेट सुसंगतता यांमुळे तो मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह प्रयोगशाळा, अँटेना मापन, प्रोब्स, फीड्स आणि इतर आरएफ सिस्टीममध्ये उपयुक्त ठरतो.
हॉर्न अँटेना
हॉर्न अँटेनाला एक वेव्हगाईड मानले जाऊ शकते, ज्याचा आडवा छेद रेडिएटिंग ॲपर्चरच्या दिशेने हळूहळू विस्तारतो. हे हळुवार संक्रमण गाईडेड वेव्ह्सचे फ्री-स्पेस रेडिएशनमध्ये होणारे रूपांतर सुधारते आणि त्यामुळे उत्तम इम्पेडन्स मॅचिंग, उच्च गेन व अधिक नियंत्रित रेडिएशन पॅटर्न्स मिळू शकतात.
हॉर्न अँटेनांचा वापर अँटेना मापन, EMC चाचणी, रडार, संचार प्रणाली, फीड प्रणाली आणि मिलिमीटर-वेव्ह अनुप्रयोगांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर केला जातो.
स्लॉट अँटेना
स्लॉट अँटेना विद्युतचुंबकीय ऊर्जा उत्सर्जित करण्यासाठी वाहक पृष्ठभागावर कापलेल्या छिद्राचा किंवा खाचेचा वापर करतो. खाचेची भूमिती, उत्तेजन आणि सभोवतालच्या संरचनेनुसार, स्लॉट अँटेना स्वतंत्रपणे किंवा अॅरेमध्ये एकत्र करून वापरले जाऊ शकतात.
जेथे कमी उंचीच्या रचना, एकत्रीकरण किंवा अॅरे संरचना आवश्यक असतात, अशा मायक्रोवेव्ह प्रणालींमध्ये त्यांचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो.
६. आरएफ आणि मायक्रोवेव्ह अभियांत्रिकीमध्ये ॲपर्चर अँटेना
ॲपर्चर अँटेना वेव्हगाईड ट्रान्समिशन संरचनांमध्ये नैसर्गिकरित्या एकीकृत होत असल्यामुळे, ते मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह फ्रिक्वेन्सीवर विशेषतः महत्त्वाचे असतात.
सामान्य उपयोगांमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
- अँटेना गेन आणि रेडिएशन पॅटर्न मापन
- ईएमसी आणि ईएमआय चाचणी
- रडार प्रणाली
- मायक्रोवेव्ह आणि मिलीमीटर-वेव्ह संप्रेषण
- अँटेना फीड सिस्टम
- आरएफ प्रयोगशाळा मापन
- दिशात्मक प्रसारण आणि ग्रहण
- चाचणी आणि कॅलिब्रेशन प्रणाली
अँटेना अभियंत्यांसाठी, योग्य ॲपर्चर अँटेना निवडताना केवळ वारंवारतेचा विचार करण्यापेक्षा अधिक गोष्टी विचारात घ्याव्या लागतात. गेन, बीमविड्थ, पोलरायझेशन, VSWR, वेव्हगाईडचा आकार, फ्लेंजचा प्रकार, पॉवर हँडलिंग आणि यांत्रिक परिमाणे यांसारखे सर्व घटक सिस्टीमच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम करू शकतात.
निष्कर्ष
ॲपर्चर अँटेना हे मार्गदर्शित विद्युतचुंबकीय ऊर्जेचे मुक्त-अवकाश प्रारणामध्ये रूपांतर करण्याचा एक कार्यक्षम मार्ग प्रदान करतात, ज्यामुळे ते मायक्रोवेव्ह आणि मिलिमीटर-वेव्ह अभियांत्रिकीमधील एक मूलभूत अँटेना प्रकार बनतात.
साध्या ओपन-एंडेड वेव्हगाईड्सपासून ते ऑप्टिमाइझ्ड हॉर्न आणि स्लॉट स्ट्रक्चर्सपर्यंत, गेन, बीमविड्थ, पोलरायझेशन, फ्रिक्वेन्सी रेंज आणि सिस्टम इंटिग्रेशनच्या गरजांच्या वेगवेगळ्या संयोजनांसाठी ॲपर्चर अँटेना डिझाइन केले जाऊ शकतात.
म्हणूनच, आरएफ चाचणी, संचार, रडार आणि मापन प्रणालींसाठी अँटेना निवडताना किंवा डिझाइन करताना, छिद्राचा आकार, विद्युत चुंबकीय क्षेत्राचे वितरण, वेव्हगाइड मोड आणि सभोवतालच्या संरचना रेडिएशन कार्यक्षमतेवर कसा परिणाम करतात हे समजून घेणे आवश्यक आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १४ ऑगस्ट २०२६
